超長(zhǎng)輸電線路GPS控制網(wǎng)的建立*

隆華平,侯林鋒

(1.廣州建通測(cè)繪技術(shù)開發(fā)有限公司,廣東廣州510663;2.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東廣州510510)

0 引 言

南方電網(wǎng)超高壓輸電公司所屬的天廣直流和天廣I、II交流線路位于廣東、廣西、云南和貴州三省,途徑廣州市、清遠(yuǎn)市、賀州市、柳州市、桂林市、河池市、獨(dú)山市和惠水市。地理坐標(biāo)范圍為:北緯21°39′～27°02′,東經(jīng)104°20′～114°16′。沿線主要是山區(qū),東西高差很大,東部位于珠三角地區(qū),最低高程為2 m,西部位于山嶺地區(qū),最大高程為1200 m.測(cè)區(qū)交通非常不方便,很多地方都屬于人煙比較稀少的地方,且氣候變化比較大。為了獲取輸電線路與環(huán)境信息建立GIS模型,采用激光雷達(dá)掃描技術(shù),對(duì)南方電網(wǎng)貴廣超高壓輸電線路共13400 km進(jìn)行掃描。在掃描之前首先要建立地面參考站。參考站控制點(diǎn)分布要相對(duì)均勻,要求控制點(diǎn)密度能滿足LIDAR數(shù)據(jù)采集時(shí)地面參考站最大距離要求,也就是要保證數(shù)據(jù)采集時(shí),飛機(jī)距離最近的參考站不能超過30 km。參考站控制點(diǎn)測(cè)量范圍大、任務(wù)重,僅靠常規(guī)測(cè)量手段,操作困難。因此,利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行輸電線路控制測(cè)量是最好選擇。利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行輸電線路參考站數(shù)據(jù)采集,首先應(yīng)建立GPS控制網(wǎng)。本文以南方電網(wǎng)天廣超長(zhǎng)輸電線路二期工程、109個(gè)GPS C級(jí)點(diǎn)為例,探討超長(zhǎng)輸電線路GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和數(shù)據(jù)處理方法。

1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與觀測(cè)

為滿足本項(xiàng)目規(guī)定的成果精度,根據(jù)全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范(GB/T 18314-2001)規(guī)定,結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況,基本控制網(wǎng)擬采用C級(jí)網(wǎng)[1]。

1)控制網(wǎng)的布設(shè)

在項(xiàng)目啟動(dòng)前,首先布設(shè)了GPS B級(jí)控制網(wǎng)。B級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)11個(gè)控制點(diǎn),聯(lián)測(cè)3個(gè)IGS GPS衛(wèi)星觀測(cè)站,采用精密星歷進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。B級(jí)控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)分布合理,保存較為完好,在B級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)C級(jí)網(wǎng)。為了保證LIDAR航飛數(shù)據(jù)采集的精度,沿著線路走向每45 km左右布設(shè)一個(gè)C級(jí)GPS控制點(diǎn),再隔150 km左右的范圍加密布設(shè)一對(duì)點(diǎn)距1 km左右控制點(diǎn),用于參考面數(shù)據(jù)測(cè)量。相鄰邊的平均距離小于45 km.共布設(shè)C級(jí)GPS控制點(diǎn)109個(gè),進(jìn)行16處參考面測(cè)量,聯(lián)測(cè)十余個(gè)已知點(diǎn)。布網(wǎng)時(shí)以三角形作為布網(wǎng)的基礎(chǔ),充分考慮了點(diǎn)所構(gòu)成三角形的形狀,以構(gòu)成檢核條件。

2)外業(yè)觀測(cè)

外業(yè)觀測(cè)時(shí)以相互關(guān)聯(lián)的線路為一個(gè)獨(dú)立控制網(wǎng),在線路的起點(diǎn)、中間和終點(diǎn)至少聯(lián)測(cè)3個(gè)B級(jí)控制點(diǎn),采用8臺(tái)天寶雙頻靜態(tài)GPS進(jìn)行同步觀測(cè),觀測(cè)2個(gè)時(shí)段,由于C級(jí)網(wǎng)最短邊為293 m,最長(zhǎng)邊為199,677 m,平均邊長(zhǎng)在40 km左右,超過規(guī)范要求的15 km,因此每個(gè)時(shí)段觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)至不少于180 min,數(shù)據(jù)采樣間隔為15 s.觀測(cè)時(shí)采用邊聯(lián)和網(wǎng)聯(lián)式,按照線路前進(jìn)方向推進(jìn)(控制網(wǎng)布設(shè)如圖1所示)。

圖1 控制網(wǎng)布設(shè)線路圖

2 基線解算

基線解算使用隨機(jī)商用 TGO軟件。考慮到輸電線路C級(jí)控制網(wǎng)之間的空間分布情況及星歷精度對(duì)基線解算的影響情況,控制網(wǎng)內(nèi)所有基線處理時(shí)都采用廣播星歷。外業(yè)觀測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)如下表1所示。

表1 基線觀測(cè)數(shù)量

基線質(zhì)量的檢驗(yàn)是通過方差比率(Ratio)、單位權(quán)中誤差(RMS)參考變量等項(xiàng)目。檢查結(jié)果顯示比率最小為3.1,單位權(quán)中誤差最大為20 mm,參考變量最大為4.931,均滿足Ratio≥3.0,RMS＜20 mm,參考變量小于10的要求。處理結(jié)果表明,基線解算質(zhì)量較高[2]。

3基線構(gòu)成的同步環(huán)中只有2條同步基線可以視為獨(dú)立的基線。理論上,第3條基線與其余2條基線構(gòu)成封閉圖形時(shí),各方向上的閉合差應(yīng)為零。由于觀測(cè)誤差、模型誤差的存在,以及處理軟件的內(nèi)在缺陷,第3條基線處理的結(jié)果與前條基線的閉合差常不為零。本次軟件共處理閉合環(huán)1832個(gè),全部通過。環(huán)閉合差數(shù)據(jù)如下表2所示。

表2 閉合環(huán)精度

3 控制網(wǎng)平差

項(xiàng)目采用WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)。網(wǎng)格坐標(biāo)投影方式為高斯-克呂格投影,按3度分帶分為35度帶(中央子午線106度)、36度帶(中央子午線108度)、37度帶(中央子午線111度)和38度帶(中央子午線114度)。高程采用橢球高。大地坐標(biāo)和網(wǎng)格坐標(biāo)的7參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系統(tǒng)一設(shè)置為“0”。

1)三維無(wú)約束平差

在每條基線質(zhì)量都滿足《規(guī)范》要求的情況下,進(jìn)行三維無(wú)約束平差[3]。平差計(jì)算的基準(zhǔn)為WGS-84大地坐標(biāo)系,平差方法采用加權(quán)平差法。

平差后點(diǎn)位中誤差最大為±10 mm,最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/247635.可見GPS網(wǎng)內(nèi)符合精度較高,無(wú)粗差存在。

2)二維約束平差

以11個(gè)B級(jí)控制點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)為起算點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行約束平差,平差基準(zhǔn)為80西安坐標(biāo)系,平差方法采用加權(quán)平差法。平差后成果的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±1.1 cm,最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/135920。符合最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于±10 cm,最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差小于1/80000的《規(guī)范》要求。GPS網(wǎng)點(diǎn)相關(guān)精度數(shù)據(jù)如下表3所示。

表3 基線邊長(zhǎng)相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

介紹了如何利用GPS技術(shù)建立輸電線路C級(jí)GPS控制網(wǎng),并對(duì)基線解算、GPS網(wǎng)平差、起算點(diǎn)精度進(jìn)行了分析。通過該工程實(shí)踐,得出了如下結(jié)論:

1)南電貴廣輸電線路GPS控制網(wǎng),所采用的由公共邊毗連的多個(gè)閉合環(huán)所構(gòu)成的圖形,不僅適合于線路的直伸形狀,而且能對(duì)GPS觀測(cè)值提供有效、全面的檢核。

2)坐標(biāo)系直接采用WGS-84坐標(biāo)系下的網(wǎng)格坐標(biāo)和大地坐標(biāo),不需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,約束平差精度較高。

3)數(shù)據(jù)處理過程中,用于參考面測(cè)量的1 km左右控制點(diǎn)的內(nèi)外符合精度同樣達(dá)到了C級(jí)控制網(wǎng)的要求,說(shuō)明本次GPS控制測(cè)量精度較高。

[1] 劉經(jīng)南,施 闖,陳俊勇.'92、'96國(guó)家高精度GPS A級(jí)網(wǎng)整體平差結(jié)果分析與我國(guó)塊體運(yùn)動(dòng)模型研究[J].武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào),1998,23(4):314-319.

[2] 張進(jìn)民,伶 洞.不同類GPS基線向量構(gòu)成控制網(wǎng)平差探討[J].測(cè)繪通報(bào),2001(1):21-22.

[3] 明祖濤,周年昌,江春華.北京數(shù)字電力GPS控制網(wǎng)的建立[J].測(cè)繪通報(bào),2006(7):30-32.